عملیات آتشباری معادن در محیط‌های مرطوب و آبدار
عملیات آتشباری معادن در محیط‌های مرطوب و آبدار (استفاده از آنفو سنگین در چال‌ها آبدار)
مواد منفجره صنعتی رایج در عملیات آتشباری معادن روباز
یکی از مواردی که در اجرا، بین معادن بزرگ و کوچک با هم تفاوت دارد، نحوه انجام عملیات آتشباری و نوع مواد منفجره مورد استفاده در محیط‌های مرطوب و آبدار هست. اصلی‌ترین و پرمصرف‌ترین ماده منفجره صنعتی مورد استفاده در بیش از 95 درصد معادن روباز دنیا، ماده منفجره آنفو هست. آنفو یا Ammonium Nitrate Fuel Oil، مخلوط نیترات آمونیوم و سوخت مایع است که به دلیل ارزانی و ایمنی زیاد به مقدار وسیعی در معادن روباز دنیا مصرف می‌شود.
آنفو شامل 94 درصد نیترات آمونیوم و 6 درصد سوخت مایع است که دانه‌های نیترات آمونیوم آن با مواد ویژه ضد کلوخه شدن یا Anticake (مثل اسیدسولفوریک، F.F.A و یک نوع ماده آلی که بر اساس ساختمان اسیدهای چرب تولیدشده) پوشیده شده تا هم از به هم چسبیدن دانه‌های نیترات آمونیوم و کلوخه شدن آن‌ها جلوگیری گردد و هم باعث استحکام کافی این دانه‌ها در برابر تغییرات درجه حرارت و تغییرات درصد رطوبت شوند.
اما مهمترین ضعف آنفو عدم مقاومت این ماده منفجره در برابر آب و رطوبت بوده و به همین دلیل در مدت زمان کوتاهی می‌تواند در آب حل شده و خاصیت انفجاری خود را از دست بدهد. به همین دلیل استفاده از آنفو در عملیات آتشباری چال‌های آبدار به روش معمول امکان‌پذیر نبوده و یا از راندمان بسیار کمی برخوردار می‌باشد.
آنفو پرمصرف‌ترین مواد منفجره صنعتی در معادن روباز
مشخصات عملیاتی مواد منفجره صنعتی آنفو
مواد منفجره صنعتی ضد آب مورد استفاده در معادن بزرگ (اسلاری، امولاسیون)
در معادن بزرگ روباز در صورت آبدار بودن چال‌های آتشباری از مواد منفجره ضدآب مثل اسلاری (Water gels و Slurries) یا امولاسیون‌ها (Emulcion) استفاده می‌کنند اما مواد منفجره اسلاری یا امولاسیون‌ها به دلیل خاصیت ژلهای یا شبیه مایع بودن که دارند هم حملشون سخت هست و هم مدت زیادی بعد از تولید نمیشه اون‌ها رو نگهداری کرد. ضمن اینکه هزینه تولید این مواد خیلی گرانتر از آنفو می‌باشد. اسلاری‌ها (ژلهای انفجاری) مخلوطی از نیترات‌ها مانند نیترات آمونیوم و نیترات سدیم و سوخت می‌باشند که آن‌ها را با انواع صمغ یا موم و سایر افزودنی‌ها در برابر آب مقاوم می‌کنند.
بعد از مواد اسلاری مواد امولسیون به بازار آمدند. این مواد قدرت بیشتری داشتند و مقاومت آن‌ها در برابر آب هم بسیار بیشتر بود. امولسیون مایعی است که ذرات روغن به طور یکنواخت در داخل آن پخش شده‌اند. ترکیب امولسیون به صورت 18% آب، 81% آنفو و 1% امولسیفایر (Emulcifire) می‌باشد.
امولسیون مانند اسلاری‌ها به صورت ژل نمی‌باشد به همین خاطر قابلیت پمپاژ بهتری دارند. البته این مواد معایبی نیز دارند مثلاً باید دقت کرد تا ته چال انفجاری ریزشی نباشد زیرا مواد ریزشی با امولسیون مخلوط شده و آن را آلوده می‌کنند و در نتیجه افت راندمان و ایجاد پاشنه در پله اتفاق می‌افتد. همچنین این مواد در درجه حرارت پایین آلتره می‌شود.
جدول ترتیب زمانی تولید مواد منفجره صنعتی در دنیا
ماده منفجره اسلاری برای استفاده در چال‌های آبدار
جدول مشخصات ماده منفجره ضد آب اسلاری
جدول مشخصات ماده منفجره ضد آب امولاسیون
مشکل عدم امکان استفاده از اسلاری و امولاسیون در معادن متوسط و کوچک
همانطور که گفته شد مواد منفجره اسلاری یا امولاسیون‌ها به دلیل خاصیت ژلهای یا شبیه مایع بودنی که دارند هم حمل آن‌ها دشوار است و هم مدت زیادی بعد از تولید نمی‌توان آن‌ها را نگهداری کرد.
به همین دلیل با توجه به مشکلات حمل و نقل این مواد و مدت زمان بسیار کم نگهداری آن‌ها (فاصله تولید تا مصرف)، در معادن بزرگ مثل سنگ آهن گل گهر، مس سرچشمه و یا سنگ آهن چادرملو و … کارخانه‌های تولید اسلاری و امولاسیون‌ها در مجاورت خود این معادن ساخته شده و با استفاده از ماشین‌های حمل مخصوص (امولیشن تراک)، این مواد در زمان عملیات آتشباری به معدن منتقل می‌گردد.
نحوه شارژ امولاسیون در چال‌های آتشباری آبدار در معادن بزرگ با استفاده از امولیشن تراک
اما برای عملیات آتشباری چال‌های آبدار در معادن متوسط و کوچیک اولاً ساخت این کارخانه‌ها امکان‌پذیر نبوده و اصلا توجیه اقتصادی نداشته و ثانیاً حتی بر فرض محال و به صرفه بودن حمل این مواد از کارخانه‌های نزدیک آن‌ها، در بیشتر مواقع به دلیل عدم فراهم بودن شرایط فضای کاری در پترن‌های معادن متوسط و کوچیک، عملاً امکان بکارگیری این ماشین آلات در این معادن وجود ندارد.
به همین دلیل در معادن متوسط و کوچیک در آتشباری چال‌های آبدار از روش‌های دیگری نظیر استفاده از لوله پلیکا، کیسه‌های ضد آب و در یکی دو سال گذشته (البته در ایران) از ماده جدیدی به نام آنفو سنگین استفاده می‌شود.
استفاده از آنفو سنگین در آتشباری چال‌های آبدار معادن متوسط و کوچک مقیاس
روش‌های آماده‌سازی چال‌های آتشباری آبدار در معادن کوچک و متوسط
روش اول: استفاده از پمپ باد برای تخلیه آب درون چال‌های آبدار در معادن متوسط و کوچک
با توجه به اختلاف قیمت آنفو با آنفو سنگین، بهترین گزینه این است که تا جایی که امکان دارد از روش‌های جایگزین استفاده شود. اولین و ارزان‌ترین روش خالی کردن چال‌های آبدار با استفاده از کمپرسور هوا و سپس شارژ چال‌های آتشباری با آنفو معمولی هست. این روش درشرایطی که چال‌های آتشباری در اثر بارندگی پر شده باشند مخصوصاً در فصل بهار که حجم بارندگی‌ها زیاد است و یا درمناطق کوهستانی و پر باران، بهترین روش ممکن است.
از این روش در شرایطی که سرعت نفوذ آب‌های زیرزمینی به درون چال‌ها خیلی کم باشد (در حد بیشتر از چند ساعت) هم می‌توان استفاده کرد. اما همانطور که گفته شد باید سرعت پر شدن چال‌ها پس از خالی کردن آب با استفاده از پمپ هوا کمتر از مدت زمان شارژ چال‌ها، گل‌گذاری، بستن مدار و نهایتاً عملیات آتشباری باشد. برای درک این موضوع اول باید بدانیم که زمان شارژ یک پترن آتشباری از شروع شارژ تا زمان انفجار چقدر طول خواهد کشید.
مدت زمان انجام عملیات یک پترن آتشباری از شارژ چال ها تا انجام انفجار
مراحل آتشباری یک پترن حفاری شده در عمل به طور کلی به 4 بخش اصلی تقسیم می‌شود که زمان انجام کلیه این مراحل از حداقل یکی دو ساعت تا یک روز کامل و حتی در برخی شرایط خاص (صعب العبور بودن و دسترسی سخت به پترن، شرایط آب و هوایی، کم بودن نیرو و …) تا دو روز کاری هم ممکن زمان ببرد.
- شارژ چال‌ها با آنفو (دستی یا مکانیزه)
- گل گذاری (سنتی یا اصولی)
- بستن مدار (الکتریکی، نانل یا فتیله انفجاری)
- ایمن‌سازی منطقه و انجام انفجار
یکی از زمان‌برترین بخش‌های این مراحل، انتقال آنفو به سر چال‌ها و شارژ آن به درون چال‌های آتشباری هست. در معادن بزرگ با توجه به قطر بزرگ چال‌ها و مقدار آنفو (از 10 تن تا 20 یا 30 تن) اینکار با آنفو تراک انجام می‌شود اما در معادن کوچک اینکار باید به صورت دستی انجام شود، ابتدا گونی‌های آنفو توسط کارگران به سر چال‌ها منتقل می‌شود و سپس آنفو به درون چال‌ها ریخته شده و با لوله‌های مخصوص متراکم می‌شود.
هر چه توپوگرافی خشن‌تر، تعداد کارگرها کمتر و قطر چال‌ها کوچکتر باشد (در نتیجه تعداد چال‌ها بیشتر باشد)، زمان انجام اینکار طولانی‌تر خواهد شد. در معادن کوچک و متوسط حداقل زمان لازم برای شارژ دستی از 2 ساعت تا 8 ساعت ممکن است متغیر باشد (برای شارژ یک پترن 10 تن).
اگر نرخ نفوذ آب به درون چال‌ها بیشتر از 8 تا 10 ساعت باشد و شرایط به شما اجازه بدهد در کمتر از یکی دو ساعت چال‌ها رو شارژ کنید، باز هم می‌توانید از روش استفاده از پمپ هوا برای تخلیه آب درون چال‌ها استفاده کنید و در نهایت در این نوع پترن‌ها نیز از آنفو معمولی استفاده کنید.
شارژ چال‌های آتشباری با آنفو تراک در معادن بزرگ مقیاس
شارژ دستی کیسه‌های آنفو در معادن متوسط و کوچک مقیاس و شارژ با تراک آنفو در معادن بزرگ
شارژ همزمان با دو دستگاه آنفو تراک در شارژ یک پترن با 30 تن ماده منفجره
شارژ چال‌های آتشباری با آنفو تراک در یک معدن سنگ آهن
حداکثر مواد منفجره مجاز به آتشباری در هر مرحله در معادن متوسط و کوچک
این نکته اجرایی رو دوستانی که تازه وارد بازار کار می‌شوند در نظر داشته باشند که برای معادن کوچک و متوسط که انباره مواد ناریه ندارند، در هر مرحله آتشباری فقط مجوز حمل 10 تن مواد منفجره داده می‌شود و در نتیجه در زمان طراحی پترن‌های آتشباری، در تعیین تعداد چال‌ها (با توجه به قطر و عمق آن‌ها) محدودیت دارید.
مثلا در یک معدن سنگ آهن در حفاری بخش باطله و ماده معدنی در صورتی که قطر چال‌های آتشباری شما 76 میلیمتر باشد حداکثر 3000 متر حفاری و با قطر 90 میلیتر حداکثر 2200 متر حفاری می‌توانید داشته باشید. (البته این متراژ به عوامل زیاد اعم از ابعاد شبکه، میزان گل‌گذاری، میزان سختی و … بستگی دارد)
ده تن مواد منفجره که به آن اشاره شد باید در همان روز استفاده شود و در صورت زیاد آمدن مواد منفجره (از هر نوع اعم از آنفو، چاشنی، بوستر، فتیله و …) باید همان جا و با حضور مامور نیروی انتظامی اسکورت محموله، مواد اضافی منهدم شود.
پس به نکته خیلی خیلی توجه داشته باشید که اگر محاسبات شما اشتباه باشد ممکن است مواد منفجره زیاد بیاید و هزینه اجرای عملیات آتشباری بر حسب تناژ تولیدی بیشتر از حالت نرمال شود.
اگر قطر چال‌های آتشباری بزرگ باشد ممکن است با توجه به توان کمپرسور، امکان استفاده از پمپ باد برای تخلیه آب وجود نداشته باشد و باید از پمپ‌های مکنده آب استفاده کرد.
روش دوم: استفاده از لوله پلیکا برای شارژ آنفو در چال‌های آبدار
همانطور که گفته شد در صورتی که سرعت نفوذ آب‌های زیرزمینی به درون چال‌های آتشباری زیاد باشد و امکان تخلیه آن‌ها با استفاده از پمپ باد (کمپرسور) و یا پمپ های مکنده نباشد، در اکثر معادن متوسط و کوچک از لوله پلیکا برای شارژ چال‌های آتشباری با آنفود استفاده می‌شود.
در این روش ته لوله پلیکا را کامل مسدود کرده تا آب به داخل آن نفوذ نکند سپس لوله پلیکا را داخل چال آبدار قرار می‌دهند و داخل آن را با آنفو پر می‌کنند. استفاده از این روش هم هزینه و هم زمان اجرای عملیات آتشباری را به میزان قابل توجهی افزایش داده و به دلیل کاهش میزان خرج‌گذاری، پارامترهای حفاری و آتشباری را تحت تاثیر قرار می‌دهد.
بکارگیری لوله پلیکا برای شارژ آنفو در چال‌های آبدار در معادن متوسط و کوچک
استفاده از لوله پلیکا برای شارژ آنفو در چال‌های آبدار، معدن طلای موته
استفاده از لوله پلیکا برای شارژ آنفو در چال‌های آبدار، معدن طلای موته
مشکلات و معایب استفاده از لوله پلیکا
آماده‌سازی (بستن ته لوله)، برش لوله‌های پلیکا (به اندازه ارتفاع چال) و جاگذاری آن‌ها درون چال‌های آبدار کار بسیار سخت و زمان بری می‌باشد، ضمن اینکه فشار آب درون چال سعی در خارج کردن لوله از درون چال دارد. در زمان حمل و نقل لوله‌های پلیکا و جا زدن آن‌ها درون چال، امکان شکستن و ترک خوردن آن‌ها وجود دارد.
با توجه به متفاوت بودن عمق چال‌ها با طول هر شاخه لوله پلیکا، متراژ لوله‌های موردنیاز می‌تواند بسیار بیشتر از مجموع طول چال‌های حفر شده باشد. به‌عنوان مثال در آتشباری چال‌های 5 متری همیشه یک متر از هر شاخه 6 متری لوله پلیکا هدر می‌رود. در زمان گل‌گذاری، به دلیل کاهش اصطکاک بین گل‌گذاری و دیواره درون لوله نسبت به دیواره طبیعی چال، باید گل‌گذاری را با دقت بیشتری انجام داد. به دلیل کاهش قطر چال به اندازه قطر لوله پلیکا، میزان خرج‌گذاری به ازای مترمکعب تولید سنگ کاهش پیدا می‌کند و به همین دلیل برای جلوگیری از کاهش قدرت انفجار، باید ابعاد شبکه حفاری را کمی کاهش داد.
استفاده از کیسه‌های ضد آب به جای لوله پلیکا در چال‌های آبدار
در برخی از معادن از کیسه‌های ضدآب یا کیسه‌های پارافینی بجای لوله پلیکا استفاده می‌شود. در این روش آنفو درون کیسه‌های ضدآب قراداده شده و سپس این کیسه‌ها درون چال‌های آبدار قرار داده می‌شوند. مهمترین مشکل این روش، پاره شدن کیسه‌ها در زمان قراردادن درون چال به دلیل برخورد با قطعات تیز سنگ درون دیواره چال‌ها می‌باشد. هرچه قطر چال‌های آتشباری کمتر باشد، شرایط بکارگیری لوله‌های پلیکا یا کیسه‌های ضدآب سخت‌تر می‌گردد.
استفاده از کیسه‌های پارافینی یا کیسه‌های ضد آب برای شارژ آنفو در چال‌های آبدار در معادن متوسط و کوچک
آنفو سنگین (Heavy Anfo) چیست؟
آنفو سنگین یکی از جدیدترین مواد منفجره ضد آب می‌باشد که ترکیبی از آنفو و امولسیون‌های انفجاری (مواد انفجاری ضد آب) می‌باشد. میزان ترکیب این دو ماده بسته به نیاز مشتری نسبت به هم متفاوت بوده و از نسبت 50 -50 تا نسبت 20 آنفو – 80 امولسیون متغیر می‌باشد. هر چه درصد امولسیون بیشتر باشد مقاوت آن نسبت به آب بیشتر خواهد شد.
دانسیته آنفو سنگین بیشتر از دانسیته آنفو بوده و در صورت ریخته شدن درون چال‌های آبدار به راحتی به زیر آب فرو رفته و در ته چال قرار می‌گیرد. ماده آنفو و همینطور آنفوی سنگین هر دو غیر حساس به چاشنی بوده و برای انفجار حتماً به عامل قوی‌تری نظیر بوستر نیاز داشته و البته ترکیب این دو ماده و استفاده همزمان بعنوان خرج اصلی با توجه به تفاوت سرعت و قدرت انفجاری آن‌ها هم توصیه نمی‌گردد.
نسبت مخلوط کردن آنفو با امولاسیون در تولید آنفو سنگین و اثرات آن
تولید آنفو سنگین در ایران
آنفو سنگین در ایران در صنایع شیمیایی پارچین با نام تجاری تندر 6000 تولید می‌گردد. این محصول به شکل کارتریجی (لوله‌های پلاستیکی کوچک شبیه بسته‌های کالباس) و در قطرهای مختلف بالای سه اینچ (65 و 90 میلیمتری) تولید می‌گردد. شکل ظاهری کارتریج‌های آنفو سنگین کاملا مشابه شکل کارتریج‌های امولایت می‌باشد اما از آنفو سنگین به عنوان خرج اصلی و از امولایت بعنوان خرج کمکی و یا پرایمر و بوستر استفاده می‌گردد. آنفو به صورت پودر و در گونی‌های 30 کیلوگرمی و آنفو سنگین به شکل کارتریج (فشنگی) و در کارتن جابجا می‌گردد که در هر کارتن معمولا 10 تا 24 عدد کارتریج آنفو سنگین قرار دارد.
حمل آنفو در کیسه‌های 30 کیلوگرمی
جعبه‌های محتوی کارتریج‌های آنفو سنگین در آتشباری یک پترن آبدار معدن سنگ آهن در استان کرمان
شکل ظاهری کارتریج آنفو سنگین (تصویر سمت چپ)، شکل ظاهری امولایت (تصویر سمت راست)
نحوه استفاده از آنفو سنگین در چال‌های آبدار
آنفو سنگین چون به شکل کارتریجی (فشنگی) ساخته می‌شود، به راحتی می‌توان آن‌ها را درون چال قرار داده و در صورت پاره شدن جداره آن‌ها هم هیچ مشکلی برای مخلوط شدن با آب ندارند و حتی در برخی موارد برای بالا بردن خرج ویژه خود آتشبار به صورت دستی و با استفاده از چاقو اقدام به پاره کردن کیسه آن‌ها و سپس قرار دادن آن‌ها در چال می‌کند (در مقالات آینده به این مبحث به طور مفصل پرداخته خواهد شد).
برای شارژ چال‌ها، کارتریج‌های آنفو سنگین را به راحتی یکی یکی درون چال انداخته و با توجه به دانسیته آنفو سنگین، به زیر آب فرو رفته و در ته چال قرار می‌گیرند مگر اینکه دیواره چال در برخی نقاط ریزش کرده باشد که در این مواقع باید با استفاده از لوله‌های مخصوص شارژ آن‌ها رو به سمت پایین‌تر هدایت کرد.
شارژ چال‌های آبدار در عملیات آتشباری با استفاده از کارتریج‌های آنفو سنگین
شارژ چال‌های آبدار در عملیات آتشباری با استفاده از کارتریج‌های آنفو سنگین
